Клонирование растений. Строго говоря, клонированием можно считать любой процесс вегетативного размножения у растений

Строго говоря, клонированием можно считать любой процесс вегетативного размножения у растений. Но здесь мы рассмотрим только сравнительно новую технологию выращивания растений из изолированных групп клеток и отдельных соматических клеток. Клонирование растений – процесс значительно более простой, чем клонирование животных. Дело в том, что у растений (в отличие от животных) по мере их роста в ходе клеточной специализации - дифференцировки - клетки не теряют так называемых тотипотентных свойств, т.е. не теряют своей способности реализовывать всю генетическую информацию, заложенную в ядре. Поэтому практически любая растительная клетка, сохранившая в процессе дифференцировки свое ядро, может дать начало новому организму.

Для клонирования достаточно растительную клетку изолировать из целого растения и поместить на питательную среду, содержащую солевые компоненты, витамины, гормоны и источник углеводов, она начинает делиться и образует культуру каллуса. В дальнейшем каллусы можно размножить и получить неограниченное количество биомассы. Основная трудность, с которой сразу же приходится сталкиваться исследователю - это то, что клетки в искусственных условиях начинают бурно делиться и расти, но при этом часто не в состоянии продуцировать вторичные метаболиты, т.е. биологически активные вещества растений.

Клонирование растений чаще применяется в комплексе с другими биотехнологическими методами, такими как слияние (гибридизация) клеток и трансгенез (межвидовой перенос генов). Целые растения из реконструированных клеток получают затем методом клонирования.

Слияние клеток осуществляется несколькими способами с использованием так называемых фузогенных (т.е. сливающих) агентов различного происхождения: физического (переменное электрическое или магнитное поле), химического (катионы, полиэтиленгликоль и др.), биологического (вирусы). Растительные и клетки перед слиянием превращают в протопласты (т.е. клетки, лишенные внешней жесткой клеточной стенки). Последующий отбор (скрининг) полученных гибридных клеток позволяет отобрать те из них, которые объединили геномы или фрагменты ДНК родительских клеток.

Ученые работают над изменением генотипов злаков. Они вводят в их генотипы специальный ген бактерий, который будет способствовать усвоению азота из атмосферного воздуха. Решение этой проблемы позволило бы сократить затраты средств на производство азотных удобрений.

Перенос генов используется и при выведении новых сортов декоративных растений. Так, в генотип петунии был перенесен ген, нарушающий образование пигмента в лепестках. Таким путем была создана петуния с белыми цветками.

Благодаря методам клеточной инженерии сроки, необходимые для выведения новых сортов растении, сокращаются с 10-12 лет при использовании обычных методов селекции до 3-4 лет.

Трансгенные растения постепенно завоевывают мир. Особенно интенсивно процесс идет в США, Западной Европе, Японии, Китае. Только в Китае по некоторым данным зарегистрировано около 120 генетически модифицированных сортов сельскохозяйственных культур. В США генетически модифицированная соя вытеснила традиционную.

Биотехнология растений играет важную роль и в решении продовольственной проблемы. Биотехнология дает новый мощный инструмент, дополняющий уже существующие способы повышения производительности сельского хозяйства и, как следствие, стимулирования экономического роста в бедных странах.

По мнению специалистов, трансгенные организмы, преимущественно устойчивые к вредителям (в основном за счет токсинов, происходящих из Bacillus thuringiensis) способны вызвать изменения в популяции насекомых, однако куда большее влияние оказывает применение инсектицидов. Устойчивость к солям, воде, засухе и другие характеристики будут оказывать влияние, предсказать которое трудно, поэтому приступать к этим разработкам следует с особой осторожностью. Кроме того, следует гарантировать, что будут предприняты все необходимые меры предосторожности во всех случаях, когда продовольственные или кормовые культуры модифицируются с целью получения фармакологически активных соединений, которые могут быть перенесены к другим растениям, или проникать в почву и затем в воду.

В целом продукты селекции растений значительно менее агрессивны, чем исходные или дикие растения. Это объясняется тем, что в них человек стремится закрепить выгодные для себя качества, а это зачастую серьезно ограничивает их способность выживать за пределами фермерского поля, где культивирование и контроль за сорняками значительно облегчает им жизнь. Так, например, многие зерновые культуры отбирались по тому признаку, что их колосья не рассыпаются в процессе созревания. Это существенно облегчает уборку урожая, и в то же время препятствует естественному распространению семян. Вероятно, это окажется справедливым и в отношении генетически модифицированных растений, так как по своей основе они также представляют собой культивируемые растения. Недавние эксперименты в Великобритании показали, что сельскохозяйственные генетически модифицированные растения, тестированные на выживание в природных условиях, не имеют никаких преимуществ перед их дикими сородичами.

И все же существуют некоторые опасения, что чужеродные гены из ГМ-растений могут передаваться другим диким растениям, в результате чего возникнут сорняки, которые будет более сложно удержать под контролем. Эта опасность должна быть осознана. Считается недальновидным вводить ген толерантности к гербицидам в рис там, где красный рис произрастает как сорняк, и в сорго там, где сорняком является гумай (алепское сорго). Скрещивание с этими видами сильных сорняков может сделать неэффективным использование гербицидов для борьбы с ними.

Другое применение технологии клонирования – культивирование растение на питательных средах. Таким путем из небольшой части (клетки) растения можно получить до 1 млн. растений в год. Этот метод используют для быстрого размножения редких или вновь созданных ценных сортов сельскохозяйственных растений.

При культивировании клеток растений на питательных средах из одной многократно делящейся клетки можно получить клоны, в клетках которых накапливается в несколько раз больше ценных веществ, чем в выращиваемом обычным способом целом растении. Так получают, например, биомассу женьшеня для нужд парфюмерной и медицинской промышленности.

Одним из новых направлений является разработка способов микроклонального размножения редких и исчезающих растений. Получены микрорастения в культуре in vitro женьшеня, кирказона, незабудочника, метаплексиса, гиностеммы, василистника, родиолы, кодонопсиса и других редких растений флоры. Создание такого своеобразного «банка» растений поможет сохранить исчезающие в природе виды. По мере разработки методов восстановления природных экосистем эти банки будут использованы для реинтродукции типичных растений в природные местообитания.